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Le transport sédimentaire sur l'Allier et la problématique des
captures de gravièresJean-Luc PEIRY
Professeur Univ. Blaise Pascal
Séminaire technique Vierzon- 24 novembre 2011
« Le transport sédimentaire : principes et expériencessur le bassin ligérien »
Plan de l’exposé :
1. Mécanismes du T.S. fluviatile et incidence des gravières sur le profil en long
1. Les gravières du Val d’Allier : moyen de quantification des transports solides
1. Enseignements à tirer des recherches dans la perspective de la gestion des gravières
1) 1) Mécanismes du T.S. fluviatile et incidence des gravières sur le profil en long
Origine de la charge alluviale
1. Apport des versants• Erosion des terres agricoles
• Fourniture sédimentaire par les processus de versant
2. Apports des affluents
3. Erosion du lit et des berges
Rôle majeur du stock alluvial et de sa reprise par les processus fluviaux contemporains
La quantité de sédiments transportés et le rapport charge de fond/charge en suspension peuvent évoluer dans le temps sur un même cours d’eau
D. Pigeon (2005, 2006)
0.0
200.0
400.0
600.0
800.0
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1200.0
1800 1850 1900 1950 2000 2050
Année
Sur
face
Evolution de la surface de la bande active
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1.16
1.18
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1.22
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1800 1850 1900 1950 2000 2050
Année
Sin
uosi
té
Evolution de la sinuosité
L’Allier dans la Réserve Naturelle du Val d’Allier
Les extractions vont impacter les transports solideset affecter l’évolution du chenal
Peiry et al., 1994
Source V. Simon, 2003
2. Les gravières du Val d’Allier : moyen de quantification des transports solides
Gravières dans le corridor fluvial de l'Allier près de Mirefleurs (63)
1987 1992 2000
A) Méthodologie de travail :• Suivi de l’évolution du site sur photographies aériennes et par enquête de terrain (historique des extraction, date de recoupement…) • Bathymétrie de la gravière et estimation des volumes accumulés sur la base d’hypothèses de topographie initiale• Correctif des estimations volumes par l’étude des mécanismes de recoupement
Suivi de la gravière de Chappe (Commune d’Auzon, Limagne brivadoise)
Photographies aériennes IGN
• Bathymétrie dans la gravière à la perche ou à l’échosondeur ;• Sondages à la tarière pour atteindre le substrat de gravier et mesurer l’épaisseur des dépôts sablo-limoneux
• Topographie au théodolite ;• Positionnement en latitude et longitude au DGPS centimétrique
Déconnexion amont-aval
Date du recoupement :fin avril 1989
B1) Résultats Etude des fonds
Modélisation numérique du fond (gravier)
Modélisation numérique du fond avant recoupement sur la base d’un certain nombre d’hypothèses « raisonnables »…
Volumes des apports
� Volume de gravier accumulé par rapport à la situation hypothétique de 1989 : 47.000 m3, soit environ 3.500 m3/an.
� Question : Quel est l’apport de charge lié à la capture elle-même ?
Deux hypothèses de recoupement :A) Migration progressive du méandre avant recoupementB) Recoupement par érosion régressive d’un chenal de chute
B2) Résultats (suite) : Examen des possibilités de recoupement
La destruction partielle de la végétation lors du recoupement est incompatible avec l’hypothèse de recoupement par érosion progressive de la rive concave (A).
Végétation ayant survécu au recoupement
Sur la base de données géométriques, le volume d’apport consécutif à la rupture a été estimé dans une fourchette de 7200 à 9700 m3.
En 14 ans (1989-2003), les apports auraient donc été de 37.000 à 40.000 m3, soit de 2650 à 2860 m3.an-1
050
100150200250300350400450500
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2/99
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6/00
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6/01
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2/01
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6/02
31/1
2/02
30/0
6/03
31/1
2/03
708 m3/s500 m3/s
529 m3/s626 m3/s660 m3/s
Débits moyens journaliers à Vieille-Brioude entre la capture et la première campagne de terrain
Date de la capture
Campagne de terrain
2003
Crue des 3-4 décembre 2003
B3) Résultats (suite) : Nouvelle quantification après une cruerare (Q20ans)
Transport de charge de fond sur l’Allier en aval de Brioude :• 1989-2003 : 2650 à 2860 m3/an en moyenne• 2003-2004 : 6500 m3 (forte crue de décembre 2003)
( Peiry, 2004)
Conclusion : Les quantités transportées annuellement sont faibles, voire très faibles.
En 14 ans, les apports seraient donc de 37.000 à 40.000 m3, soit de 2650 à 2860 m3.an-1
Lieu Volume spécifique(t.km -2.an-1)
Source
Allier (Brioude) • Moy (1989-2003) : 1,7-1,9• 2003 après Q 20 : 4.2
Cette étude
Isère (début 20 ème S.) 20 Vautier, 2000
Têtes de bassin Ardennes 0,5 Assani & Petit, 1995
Ourthe (Belgique) 0,4 Bravard & Petit, 1993
Rivières intermédiaires 2 Bravard & Petit, 1993
Petit BV Pays de Galles 8 Reynolds, 1986
Valeur un peu plus faible que ce que l’on peut trouver sur des rivières de rang intermédiaire (sortie des gorges de l’Allier)
Positionnement du dispositif d’acquisition par rapport à la zone d’étude
Zone d’étude
Instrumentation
1. A partir de l’état de référence 2003, poursuite du travail de quantification des apports annuels (2004 à 2009).
1. Enregistrer et calculer les paramètres hydrauliques (géométrie hydraulique, lignes d’eau, puissances spécifiques) de manière à confronter les formules de transport des hydrauliciens à la réalité terrain.
1. Etude des seuils de mise en mouvement de la charge de fond et les conditions hydrauliques correspondantes. Techniques soniques (hydrophone) pour « écouter » le mouvement de la charge de fond.
C) Poursuite des recherches
Système d’enregistrement par hydrophone
Capteur de pressionpour la mesure de la hauteur d’eau
Station d’acquisitionAutomatique pilotant
l’enregistrement (déclenchement séquentiel)
Enregistreur audio numérique
Hydrophone
Système optimisé pour enregistré une bande passante de 100 Hz à 20 KHz
Premiers résultats :Crue exceptionnelle de novembre 2008
Débit mesuré lors de la crue du 3 novembre 2008 à A uzon (43)
0
200
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600
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2/11/080:00
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4/11/080:00
5/11/080:00
6/11/080:00
7/11/080:00
8/11/080:00
9/11/080:00
Date et heure
Déb
it(m
3)
débit
Enregistrement sans transport (débit : 50m3/s)
Enregistrement avec transport (débit : 1065m3/s)
90 enregistrements d’une minute à la
crue et à la décrue
Premiers résultats
Représentation spectrale des enregistrements pour d es débits différents
-90
-80
-70
-60
-50
-40
-30
-20
-10
0
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Fréquence (Hz)
Atté
nuat
ion
(dB
)
Enregistrement débit 50m3/s
Enregistrement débit 140 m3/s
Enregistrement débit 1065 m3/s
Zone de fréquence intéressante 100 -3500 Hz
3. Enseignements à tirer des recherches en vue de la gestion des gravières
Gravières sur l’Allierprès de Mirefleurs
Empêcher à tout prix les ruptures
de digue risquant d’interrompre le continuum des
transports solidesIGN, 2005